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Lexikon der Chemie: Kraftfeldmethode

Kraftfeldmethode, Molekülmechanik, empirischer Ansatz zur Berechnung der Struktur und Energie molekularer Systeme. In den klassischen mechanischen Molekülmodellen werden die Atome als Massenpunkte betrachtet, die durch Federn miteinander verbunden sind (-)-Infrarotspektroskopie. Die Federkräfte bewirken, daß die Atome im wesentlichen auf ihre natürlichen Bindungslängen gebracht werden.

Die Energie des Molekülsystems wird aus einfachen analytischen Funktionen angesetzt, die kovalente und nichtkovalente Wechselwirkungsbeiträge in Abhängigkeit von der Molekülstruktur beschreiben. Folgende Energiebeiträge werden in den Kraftfeldern meist berücksichtigt:

E = Ebind + Ewink + Etors + Enb + Ecoul + Eopt

Ebind Bindungsdehnung

Ewink Bindungswinkeldeformation

Etors Torsionswinkeländerung

Enb nichtbindende Wechselwirkungen

Ecoul elektrostatische Wechselwirkungen

Eopt spezifische Wechselwirkungen (z. B. Wasserstoffbrückenbindungen)

E wird häufig als sterische Energie bezeichnet. Sie hat keine unmittelbare physikalische Bedeutung. Differenzen in E für unterschiedliche Strukturen des gleichen Moleküls können mit experimentellen Daten, wie z. B. Rotationsbarrieren, verglichen werden.

Die Anpassung der Parameter des Kraftfeldes erfolgt durch Adjustierung an experimentellen Daten und an Resultaten genauer quantenchemischer Berechnungen. K. werden vor allem zur Ermittlung struktureller und energetischer Eigenschaften von Biomolekülen und supramolekularen Systemen genutzt. Da in K. Elektronen nicht explizit behandelt werden, sind Aussagen über Bindungsspaltung, Nichtgrundzustands-Eigenschaften und Polarisations-
effekte nicht oder nur sehr begrenzt möglich.

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